幾種簡(jiǎn)單的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法

馮兆冰 吳孔圣 丁云飛 韓貴春 王慶朋

(大連光洋科技工程有限公司，遼寧大連 116600)

永磁同步電動(dòng)機(jī)三相繞組不通電，且在繞組開(kāi)路的情況下，用手輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，會(huì)感覺(jué)到轉(zhuǎn)子上有一定的作用轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩在一圈范圍內(nèi)大小不均勻，且可發(fā)現(xiàn)若干定位點(diǎn)。在自然狀態(tài)下轉(zhuǎn)子即定位在這些點(diǎn)，只有在一定的外界轉(zhuǎn)矩作用下，才能改變轉(zhuǎn)子定位的位置。正因?yàn)檫@樣，常常把永磁電動(dòng)機(jī)不通電且繞組開(kāi)路情況下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為定位轉(zhuǎn)矩。

定位轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生主要源于定子齒槽的存在。當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子的磁極與定子齒槽的相對(duì)位置不同時(shí)，主磁路的磁導(dǎo)不一樣。永磁轉(zhuǎn)子趨向定位于磁導(dǎo)最大的位置，即穩(wěn)定平衡點(diǎn);電磁轉(zhuǎn)矩為零，偏離時(shí)都有回復(fù)到該位置的作用轉(zhuǎn)矩，或趨于另一相鄰的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。可見(jiàn)轉(zhuǎn)矩的作用方向是交變的，通常所說(shuō)的定位轉(zhuǎn)矩是指交變幅值。由于定位轉(zhuǎn)矩主要源于定子齒槽，所以也被叫做齒槽轉(zhuǎn)矩，或者叫做齒槽定位轉(zhuǎn)矩。

在永磁電動(dòng)機(jī)中，齒槽轉(zhuǎn)矩常常成為引起振動(dòng)、噪聲和提高控制精度困難的基本原因。因此，如何測(cè)量齒槽轉(zhuǎn)矩也是受到相當(dāng)關(guān)注的問(wèn)題。本文介紹幾種齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法。

1 杠桿測(cè)量法

如圖1所示，被測(cè)電動(dòng)機(jī)不通電，手動(dòng)拉動(dòng)數(shù)字測(cè)力計(jì)，拉到杠桿滑動(dòng)前瞬間的力的顯示值Fmax，乘以力臂長(zhǎng)L，就是齒槽轉(zhuǎn)矩幅值(單峰幅值)。

杠桿測(cè)量法是一種非常簡(jiǎn)單、直觀、易實(shí)現(xiàn)的測(cè)量方法，但是精度很難保證，所以常在測(cè)量要求精度不高或者條件受限時(shí)采用。測(cè)量時(shí)需注意幾點(diǎn):(1)杠桿垂直向下起始測(cè)量(杠桿盡量輕);(2)手拉時(shí)，要盡量保持力F與力臂L垂直;(3)手拉要保持緩慢、平穩(wěn)。

2 使用傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法

如圖2所示，被測(cè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器與制動(dòng)器(例如磁粉制動(dòng)器)相連，制動(dòng)器加載，被測(cè)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，從轉(zhuǎn)矩測(cè)試儀直接測(cè)量轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)值(圖3)，在測(cè)得的轉(zhuǎn)矩值中求得齒槽轉(zhuǎn)矩值。

這種測(cè)量方法測(cè)得的轉(zhuǎn)矩包含了被測(cè)電動(dòng)機(jī)自身的齒槽轉(zhuǎn)矩、控制器控制引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩(閉環(huán)控制運(yùn)行條件下情況更為復(fù)雜)和負(fù)載引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以為了能得到最接近真實(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩，測(cè)試時(shí)需注意幾點(diǎn):(1)要求負(fù)載自身的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩要小(建議采用磁粉制動(dòng)器);(2)要求傳感器系統(tǒng)的采樣速率要高(建議3 k以上)，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩測(cè)量;(3)要求轉(zhuǎn)矩檢測(cè)儀器能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)測(cè)量方法

如圖4和圖5所示，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器和被測(cè)電動(dòng)機(jī)固連在同一軸線上，通過(guò)控制脈沖數(shù)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)精確地將樣機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)利用自身的保持轉(zhuǎn)矩作為轉(zhuǎn)矩傳感器的一個(gè)固定端，這樣齒槽轉(zhuǎn)矩就作用在轉(zhuǎn)矩傳感器上，從測(cè)試儀可以直接讀出齒槽轉(zhuǎn)矩。

測(cè)量過(guò)程中還應(yīng)該注意幾點(diǎn):(1)由于大多數(shù)電動(dòng)機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩都比較小，為提高轉(zhuǎn)矩傳感器的測(cè)試精度，可以在被測(cè)電動(dòng)機(jī)側(cè)增加一偏置重物，提高測(cè)試質(zhì)量;(2)針對(duì)齒槽較多的被測(cè)電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步數(shù)應(yīng)該足夠多;(3)為避免引入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的波動(dòng)，步數(shù)之間的間隔時(shí)間應(yīng)該足夠長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法多樣，測(cè)試條件也相差很大，本文只介紹了幾種簡(jiǎn)單易行的方法，所以使用本文所介紹的測(cè)量方法時(shí)，要保證測(cè)量條件，否則很難得到準(zhǔn)確的測(cè)量值。

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